Przeskocz do treści

Delta mi!

Loading

Niebezpieczeństwa innych próżni

Krzysztof Turzyński

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: maj 2012
  • Publikacja elektroniczna: 28-04-2012

Ciało lubi spoczywać. Ciało fizyczne poruszające się w polu sił potencjalnych spoczywa, gdy znajduje się w minimum energii potencjalnej. Jeśli minimum to jest lokalne, ciało może znaleźć się w innym, niżej położonym minimum, gdy dostarczyć mu dostatecznie dużo energii, by mogło pokonać barierę potencjału, lub gdy zajdzie tunelowanie kwantowe (jego prawdopodobieństwo dla ciał makroskopowych jest nikłe). Dla ciał znajdujących się w naszym otoczeniu, takich jak książki na półkach, wiemy z grubsza, gdzie znajdują się te minima.

obrazek

Jednak te same zasady stosują się także do największego możliwego układu fizycznego – Wszechświata, z tym że stan realizujący lokalne minimum energii nazywamy próżnią. Tymczasem na świecie w odstępach rzędu dziesięciolecia buduje się coraz potężniejsze akceleratory cząstek elementarnych zderzające cząstki z coraz to większymi energiami. Czy prawdopodobne jest, że, jeśli energia potencjalna Wszechświata ma jakieś niżej leżące minimum, w zderzeniu dwóch cząstek w akceleratorze uwolniona zostanie energia, która pozwoli małemu kawałkowi Wszechświata przejść do tego właśnie minimum? Byłoby to, delikatnie mówiąc, niebezpieczne, gdyż taki „bąbelek” nowego stanu rozszerzałby się bardzo szybko, ogarniając coraz większą część Wszechświata wraz ze znajdującymi się w nim strukturami. A zatem, czy wykonywanie eksperymentów przy akceleratorze LHC może zniszczyć Wszechświat? Odpowiedź na to pytanie nie może zależeć od modelu teoretycznego, gdyż właśnie wskazanie tego właściwego jest przecież jednym z głównych celów LHC. Na szczęście, istnieją wyniki badań doświadczalnych pozwalające na rozstrzygnięcie tego dylematu.

Górne warstwy ziemskiej atmosfery są nieustannie bombardowane wysokoenergetycznymi cząstkami elementarnymi zwanymi promieniowaniem kosmicznym – są to w większości protony. Wiele zespołów naukowych bada własności tych cząstek. Najwyższa zarejestrowana dotąd energia cząstki promieniowania kosmicznego to około math GeV, przy czym zgodnie ze szczególną teorią względności protony o energii większej niż math GeV zderzające się ze spoczywającymi protonami ziemskiej atmosfery mają energię zderzenia przekraczającą tę uzyskiwaną w LHC. Wiadomo, że średnia liczba protonów promieniowania kosmicznego o energiach przekraczających math GeV padających w ciągu sekundy na kilometr kwadratowy górnych warstw ziemskiej atmosfery jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do kwadratu energii i wynosi około  math Mnożąc to przez powierzchnię Ziemi oraz czas istnienia Ziemi (ok. 4,5 mld lat), stwierdzamy, że na Ziemi zaszło już ponad math zderzeń proton-proton o energiach przekraczających te z LHC. Można zatem powiedzieć, że na Ziemi sama przyroda wykonała już około math „eksperymentów LHC” – i nic złego się nie stało.

Jeśli zamiast Ziemi rozważymy Słońce, liczba wykonanych „eksperymentów LHC” wzrośnie do math Droga Mleczna zawiera około 100 mld gwiazd, których nasze Słońce jest w miarę typowym przedstawicielem, szacuje się, że w widzialnym Wszechświecie jest 100 mld galaktyk. Oznacza to, że w obserwowalnej części Wszechświata „eksperyment LHC” został już wykonany rzędu math razy. Nie ma jednak żadnych obserwacyjnych dowodów na to, że jakaś część Wszechświata jest pożerana przez bąble nowej próżni.

A jeśliby powstał akcelerator zderzający protony z energią dziesięciokrotnie większą niż LHC, a do tego sto razy częściej? Wtedy energia protonów promieniowania kosmicznego odpowiadająca energii zderzeń w takim akceleratorze będzie stukrotnie większa, czyli około math GeV. Liczba cząstek o energii większej niż wymieniona wyżej zmaleje wówczas o czynnik math co oznacza, że wyobrażony tu „eksperyment super-LHC” został już we Wszechświecie przeprowadzony math razy.

Czy prawdopodobieństwo zajścia takiego katastrofalnego zdarzenia rzędu math to dużo? Nietrudno sprawdzić, że to trochę mniej niż prawdopodobieństwo wygrania szóstki w totolotka trzy razy pod rząd. Można chyba spać spokojnie.


Notice: Undefined index: story_alias_uuid in /home/misc/deltami/public_html/ui/inc/site_php_include/index.inc on line 23 Notice: Undefined index: story_alias_uri in /home/misc/deltami/public_html/ui/inc/site_php_include/index.inc on line 24